【摘要】：高碳淬火鋼難以在室溫下發(fā)生塑性變形,人們曾將此現(xiàn)象歸因于成分(碳含量過高)和組織(馬氏體塑性差),未考慮幾何尺寸的影響.為此,本研究在室溫下對厚度為400?m的9Si Cr淬火馬氏體鋼進行微軋制實驗,發(fā)現(xiàn)微軋制下實驗鋼的塑性良好,延展率達200%以上,且硬度比淬火態(tài)提高了39%.本文對此新發(fā)現(xiàn)進行了研究.首先,負輥縫軋制使橫向壓應(yīng)力增大,同時由于單位體積的接觸表面積變大,而引起縱向壓應(yīng)力和垂直方向壓應(yīng)力同時增大,因而靜水壓力增加.這些因素有利于抑制軋件邊裂、頭部劈裂以及軋件內(nèi)部缺陷生成和擴展,致使塑性改善.這一現(xiàn)象可以用傳統(tǒng)理論進行解釋,屬于第一類尺度效應(yīng).其次,由于位錯和孔洞一旦到達試樣表面就會釋放和消失,所以軋件的比表面積越大對提高塑性越有利.因此,比表面積充分大的薄軋件已不能視為均勻連續(xù)、各向同性的理想材料,其表面效應(yīng)屬于第二類尺度效應(yīng).實驗結(jié)果表明:長期以來認為高碳馬氏體組織塑性差的認識在薄軋件軋制中受到挑戰(zhàn),需要同時考慮兩種尺度效應(yīng),才能深入認識其力學(xué)表現(xiàn)和物理本質(zhì).
【圖文】：

⒃錆粕璞?稱為3M軋機(micrometal-formingmill).該軋機可進行壓縮、剪切、拉伸組合軋制,最小厚度可達微米級[22].采用3M軋機對9SiCr淬火鋼進行微軋制實驗,希望以此突破高碳馬氏體鋼這類硬脆材料難以塑性變形的瓶頸.2實驗材料及方法實驗材料為9SiCr鋼,其化學(xué)成分如表1所示.首先將幾何尺寸為20mm×15mm的原料進行820°C×1.5h加熱保溫后淬火處理(水淬),然后用砂紙磨去試樣表面的氧化層,最后用線切割機分別加工出兩種厚度試樣:1200μm厚的試樣A,400μm厚的試樣B.室溫下的微軋制實驗在前述的3M軋機上進行,如圖1所示.該軋機工作輥直徑50mm,支撐輥直徑100mm,輥面寬120mm,名義軋制速度40mm/s(未考慮前滑),微軋制工藝參數(shù)如表2所示.表1實驗鋼的化學(xué)成分(wt%)元素CSiCrSPFe含量0.861.251.05<0.03<0.03Bal.圖1(網(wǎng)絡(luò)版彩圖)自主研制開發(fā)的3M微成形軋機表29SiCr淬火鋼微軋制工藝參數(shù)軋制參數(shù)道次軋前厚度(m)軋后厚度(m)壓下率(%)試樣A1120011038.0試樣B140029925.3229923820.4323815933.2415912123.951219719.8將淬火態(tài)以及冷軋態(tài)的實驗樣品制成金相試樣,金相試樣經(jīng)過機械研磨、拋光后,用4%的硝酸酒精腐蝕,并通過光學(xué)顯微鏡(LeicaDM2700)和掃描電鏡(FEIQuanta600)進行顯微組織觀察,觀察面為試樣的縱截面.利用維氏硬度儀(THV-5M)對淬火態(tài)以及冷軋態(tài)的試樣進行顯微硬度測試,施加載荷0.5kg,加載時間為15s.3實驗結(jié)果3.1高碳馬氏體鋼的軋制延展率為了真實反映軋制過程中高碳馬氏體鋼圓片的塑性,參考單向拉伸時延伸率的表示方法,采用延展率β來計算相對變形量:max=,l(1)其中l(wèi)max為軋后試樣的最大長度,φ為軋前圓片直徑.觀察和計算表明,厚度為1200m的試樣只經(jīng)過一道次軋制,其頭部?

中國科學(xué):技術(shù)科學(xué)2015年第45卷第11期1189圖2(網(wǎng)絡(luò)版彩圖)不同厚度9SiCr馬氏體鋼的冷軋塑性比較(a)微軋制前后試樣A的形貌;(b)微軋制前后試樣B的形貌;(c)延展率215%的試樣B;(d)延展率215%的試樣彎曲變形圖4(c)所示;第三道次微軋制后延展率已達到100%,劇烈塑性變形已使原奧氏體晶界、馬氏體形貌變得模圖3不同延展率下400μm厚9SiCr馬氏體鋼的硬度糊不清,只能觀察到平行于軋制方向的纖維組織,如圖4(d)所示.4討論淬火態(tài)9SiCr鋼的硬度高達610Hv,馬氏體鋼具有如此高的硬度是因為固溶強化、相變強化和時效強化三種強化方式共同作用的結(jié)果.盡管理論上還可通過形變強化方式使其硬度得到進一步提高,然而實驗結(jié)果表明,厚度為1200μm的試樣A在延展率僅為8%時就在頭部和邊端部出現(xiàn)裂紋(圖2(a)),這表明通過冷軋變形提高常規(guī)尺度高碳淬火鋼的硬度是難以做到的.為了研究幾何尺度對塑性的影響,制備了400μm厚的9SiCr馬氏體鋼,令人驚喜地發(fā)現(xiàn)淬火態(tài)9SiCr薄軋件實現(xiàn)了無缺陷冷軋大變形,延展率達到215%.9SiCr馬氏體鋼形變的同時,加工硬化也在發(fā)生,因形變強化而使9SiCr馬氏體鋼的硬度提高了39%,達到850Hv.這些結(jié)果讓我們不得不重新審視“尺度效應(yīng)”的作用,需要研究微軋制不同于常規(guī)軋制的變形行為.4.1負輥縫軋制的作用分析可知,如果軋件厚度小于或等于軋機牌坊與輥系在垂直方向的彈性變形量時,必須采用負輥縫軋制才能實現(xiàn)對軋件的壓縮變形.具體做法是:在軋件咬入輥縫之前,施加適當(dāng)?shù)念A(yù)壓緊力把上下兩支軋輥預(yù)先壓靠,軋件咬入后在軋制力的作用下,軋機和軋輥的進一步彈性變形導(dǎo)致在軋件寬度范圍內(nèi)出現(xiàn)與軋件厚度近似相等的有載輥縫(忽略軋件在離開變形區(qū)后的彈性變形),在軋件寬度范圍之外上下兩支軋輥仍然保持接觸狀態(tài),如圖5(b)所示.此時

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前4條

1 趙亞西;童國權(quán);李凡國;;尺寸效應(yīng)對黃銅鐓粗微成形影響規(guī)律的研究[J];電加工與模具;2006年06期

2 郭斌;周健;單德彬;王慧敏;;黃銅箔拉伸屈服強度的尺寸效應(yīng)[J];金屬學(xué)報;2008年04期

3 王廣春;鄭偉;姜華;姜正義;;純銅微鐓粗過程尺寸效應(yīng)的試驗研究[J];機械工程學(xué)報;2012年14期

4 孟慶當(dāng);李河宗;董湘懷;彭芳;王倩;;304不銹鋼薄板微塑性成形尺寸效應(yīng)的研究[J];中國機械工程;2013年02期

【共引文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 孔憲武,董漢君,金麗霞,楊冬冬;中錳鋼磨粒磨損試驗研究[J];兵器材料科學(xué)與工程;1988年09期

2 徐祖耀;馬氏體相變和貝氏體相變研究十年及其展望[J];兵器材料科學(xué)與工程;1988年10期

3 郭俊杰;精密字塊凸模熱處理工藝探討[J];兵器材料科學(xué)與工程;1989年07期

4 羅虹,陳玉民,張志軍;GCr15鋼等溫馬氏體轉(zhuǎn)變及殘余奧氏體研究[J];兵器材料科學(xué)與工程;1991年07期

5 杜樹昌,劉恒學(xué);低碳馬氏體鋼形變強化研究[J];兵器材料科學(xué)與工程;1992年06期

6 韓文政,馬麗麗,張平,姜厚溫,迂元宏;中錳鑄鋼疲勞裂紋擴展行為研究[J];兵器材料科學(xué)與工程;2000年03期

7 李強,趙玉峰,董治中,陳金銘;鐵基形狀記憶合金0Cr12Ni6Mn16Si5的研制[J];兵器材料科學(xué)與工程;2002年05期

8 孫國光,張玉新,劉文西,陳金銘;熱循環(huán)訓(xùn)練對FeMnSiCrNi合金記憶效應(yīng)的影響[J];兵器材料科學(xué)與工程;2005年02期

9 陳峰華;張敏剛;柴躍生;楊利斌;熊杰;;Ni-Mn-Ga磁控濺射靶材合金制備及性能[J];微納電子技術(shù);2011年09期

10 崔乃毅;三維晶體位移相變的大振幅晶格動力學(xué)模型[J];北方工業(yè)大學(xué)學(xué)報;1989年03期

相關(guān)會議論文 前10條

1 胡寧寧;張永發(fā);;復(fù)合智能矩形板的振動特性分析[A];第十二屆全國結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會議論文集第Ⅱ冊[C];2003年

2 黃姝珂;李寧;文玉華;滕勁;胥永剛;;運用位錯運動理論分析Fe-Mn合金的減振機理[A];第六屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集（10）[C];2007年

3 鮑光潤;;尺度效應(yīng)研究現(xiàn)狀概述[A];2008年安徽省科協(xié)年會機械工程分年會論文集[C];2008年

4 徐祖耀;;材料相變的孤立子理論[A];2000年材料科學(xué)與工程新進展（上）——2000年中國材料研討會論文集[C];2000年

5 王利;陸匠心;;寶鋼冷軋汽車板品種開發(fā)、應(yīng)用及發(fā)展[A];第二屆薄鋼板質(zhì)量研討會論文集[C];2002年

6 林憲;葉健松;吳小良;余國松;王文桂;俞利權(quán);;低鎳奧氏體不銹鋼冷鐓用盤條的化學(xué)成分研究[A];2005中國鋼鐵年會論文集（第3卷）[C];2005年

7 喬志霞;劉永長;寧保群;付俊國;韓雅靜;;冷卻速度對675裝甲鋼顯微組織的影響[A];第九次全國熱處理大會論文集（二）[C];2007年

8 寧保群;劉永長;徐榮雷;楊留栓;;形變熱處理工藝(TMTP)對T91鋼顯微組織的影響[A];第九次全國熱處理大會論文集（二）[C];2007年

9 易敏;陳濤;王立峰;佟倩;;回火溫度對貝氏體鋼韌性的影響[A];中國鋼鐵業(yè)2014增刊[C];2014年

10 張群;楊榮;肖攀;白以龍;;壓頭形狀和表面梯度層對納米硬度測量的影響[A];北京力學(xué)會第21屆學(xué)術(shù)年會暨北京振動工程學(xué)會第22屆學(xué)術(shù)年會論文集[C];2015年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 王金偉;連桿/箱體主軸承座裂解槽脈沖激光加工數(shù)值模擬及試驗研究[D];吉林大學(xué);2011年

2 閆紹盟;鐵磁性形狀記憶合金的馬氏體相變與晶體學(xué)[D];華中科技大學(xué);2011年

3 楊敏;氣霧化鐵—碳系合金粉體組織演化及其形成研究[D];上海大學(xué);2010年

4 李紹宏;高強韌冷作模具鋼組織設(shè)計及組織控制研究[D];上海大學(xué);2011年

5 李河宗;微彎曲成形中應(yīng)變梯度硬化效應(yīng)的研究[D];上海交通大學(xué);2011年

6 張柯;高強塑積Q-P-T鋼及其強塑性機制的研究[D];上海交通大學(xué);2011年

7 張麗芳;高Cr鐵基合金連續(xù)冷卻固態(tài)相變與動力學(xué)模擬[D];天津大學(xué);2012年

8 劉晨曦;新型高Cr鐵素體耐熱鋼的相變行為研究[D];天津大學(xué);2012年

9 朱強;CLAM鋼TIG焊接接頭性能及其在液態(tài)鋰鉛中腐蝕行為研究[D];江蘇大學(xué);2011年

10 王丙興;中厚板軋后多階段冷卻控制策略研究與應(yīng)用[D];東北大學(xué);2009年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 馮媛媛;熱處理零件組織性能分布的計算機預(yù)測及其結(jié)構(gòu)設(shè)計[D];山東農(nóng)業(yè)大學(xué);2010年

2 王佳;新型高強、高韌低合金馬氏體耐磨鋼性能研究[D];昆明理工大學(xué);2009年

3 莫康信;磁控形狀記憶合金CoNiAl的制備及性能研究[D];廣東工業(yè)大學(xué);2011年

4 賴銘;生物醫(yī)用多孔Ti-Nb基記憶合金的結(jié)構(gòu)調(diào)控及孔隙的耦合作用[D];華南理工大學(xué);2011年

5 王勁;高強精軋螺紋鋼筋連續(xù)感應(yīng)熱處理及控制變形研究[D];機械科學(xué)研究總院;2011年

6 常艷紅;氘對HR2抗氫鋼室溫力學(xué)性能和組織結(jié)構(gòu)的影響[D];中國工程物理研究院;2011年

7 王沖;淬火—分配處理60Si2Mn鋼的熱穩(wěn)定性與微觀組織均勻性研究[D];山東大學(xué);2011年

8 李傳吉;納米SiO_2顆粒增強TiNi形狀記憶合金的制備及相關(guān)性能研究[D];湘潭大學(xué);2011年

9 羅利強;汽車輪轂軸承淬火殘余應(yīng)力的建模與仿真[D];浙江工業(yè)大學(xué);2010年

10 林學(xué)強;35CrMo等鋼的貝氏體、馬氏體的組織轉(zhuǎn)變的研究[D];內(nèi)蒙古科技大學(xué);2010年

【二級參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前8條

1 胡鋼,許淳淳,張新生;304不銹鋼在閉塞區(qū)溶液中鈍化膜組成和結(jié)構(gòu)性能[J];北京化工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2003年01期

2 徐文臣,單德彬,呂炎,李春峰;小錐角零件多道次剪旋成形試驗研究[J];材料科學(xué)與工藝;2004年01期

3 張廣平,王中光;小尺度材料的疲勞研究進展[J];金屬學(xué)報;2005年01期

4 張凱鋒,王長麗;Zn-Al22合金超塑微成形[J];機械工程學(xué)報;2004年05期

5 雷濵;張凱鋒;;金屬微成形過程中微尺度效應(yīng)與相似評估[J];機械工程學(xué)報;2007年07期

6 鄭偉;王廣春;吳濤;;微體積成形晶界影響區(qū)域材料本構(gòu)方程的構(gòu)建及有限元模擬[J];機械工程學(xué)報;2011年22期

7 單德彬;袁林;郭斌;;精密微塑性成形技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J];塑性工程學(xué)報;2008年02期

8 李經(jīng)天,董湘懷;微細塑性成形中第Ⅰ類尺度效應(yīng)的研究[J];中國機械工程;2005年02期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 李河宗;微彎曲成形中應(yīng)變梯度硬化效應(yīng)的研究[D];上海交通大學(xué);2011年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 常妍妍;微型圓柱件鐓粗變形規(guī)律數(shù)值模擬研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2006年

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 趙建民;高碳醇市場及其發(fā)展?fàn)顩r[J];化工科技市場;2001年08期

2 林珂;;汶川地震災(zāi)區(qū)重建中潛在的高碳化探析[J];學(xué)術(shù)交流;2013年08期

3 李振飛;;高碳鋼錠子的熱處理方法[J];機械工人;1959年03期

4 Γ.А.Тембер;曹紅英;;用折射法測定高碳脂肪醇的羥值[J];日用化學(xué)品科學(xué);1989年01期

5 本刊編輯部;;一個地球一個家[J];北方環(huán)境;2011年04期

6 廖思佳;吳精華;吳昊;;我國高碳企業(yè)履行社會責(zé)任情況調(diào)查——以鋼鐵產(chǎn)業(yè)為例[J];對外經(jīng)貿(mào);2013年07期

7 ;煉油廠準(zhǔn)備為α-高碳醇項目的配套裝置引進國外先進技術(shù)[J];吉化科技;1994年04期

8 祝百順;高碳鋼絲打包 提高經(jīng)濟效益[J];中國棉花加工;2004年01期

9 呂東燦;劉運權(quán);王奪;葉躍元;;多元醇一步法制備高碳烴液體燃料的研究[J];燃料化學(xué)學(xué)報;2014年07期

10 ;油脂加氫制高碳醇[J];化學(xué)世界;1993年12期

相關(guān)會議論文 前10條

1 呂敏;孫凱;李欣;胡滿義;鄒大鵬;劉宏民;;C_(10)高碳糖�；苌锏暮铣裳芯縖A];中國化學(xué)會第四屆有機化學(xué)學(xué)術(shù)會議論文集（下冊）[C];2005年

2 湛露;戚勇;;高碳鋼板坯火切裂紋研究[A];2007中國鋼鐵年會論文集[C];2007年

3 張京玉;王曉軍;劉宏民;;新型高碳糖衍生物的設(shè)計及合成研究[A];2006第六屆中國藥學(xué)會學(xué)術(shù)年會論文集[C];2006年

4 周學(xué)雙;童莉;趙秋月;鄭韶青;;我國高碳資源低碳化利用的環(huán)保思索[A];2010中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會學(xué)術(shù)年會論文集(第二卷)[C];2010年

5 張艾;宋佩珍;;高碳醇化學(xué)衍生物的高效液相色譜分析[A];天津市第四次色譜學(xué)術(shù)交流會論文（摘要）匯集[C];1985年

6 柴彥威;肖作鵬;張艷;;中國城市空間組織高碳化的形成、特征及調(diào)控路徑[A];經(jīng)濟發(fā)展方式轉(zhuǎn)變與自主創(chuàng)新——第十二屆中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會年會（第三卷）[C];2010年

7 劉楠;;從普速到高鐵析鐵路混凝土橋梁如何應(yīng)對“高碳”挑戰(zhàn)[A];低碳陜西學(xué)術(shù)研討會論文集[C];2010年

8 張宇翔;馮文華;于忠武;;軋輥用高碳高鉬高速鋼的研究開發(fā)[A];第六屆21�。ㄊ�、自治區(qū)）4市鑄造學(xué)術(shù)會議論文集[C];2004年

9 張振中;;金融助推產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟向“低碳”轉(zhuǎn)型的實證研究——基于渭南的調(diào)查與思考[A];金融在促進經(jīng)濟發(fā)展方式轉(zhuǎn)變中的作用——陜西省金融學(xué)會第十九屆金融征文獲獎?wù)撐募痆C];2011年

10 張繼澤;;在發(fā)展中低碳[A];轉(zhuǎn)型期的中國未來——中國未來研究會2011年學(xué)術(shù)年會論文集[C];2011年

相關(guān)重要報紙文章 前10條

1 通訊員 曹福清;吉化高碳醇廠開展管理增效年活動[N];中國石油報;2003年

2 本報記者 胡春明;城鎮(zhèn)化面臨高碳化模式的挑戰(zhàn)[N];中國建設(shè)報;2013年

3 同濟大學(xué)經(jīng)濟與管理學(xué)院教授 石建勛;盡快調(diào)整高碳經(jīng)濟模式[N];新華日報;2009年

4 陳傳武;高碳低品位硫鐵礦開發(fā)技術(shù)通過鑒定[N];中國化工報;2010年

5 本報記者 張守營;城鎮(zhèn)化或成為拉動高碳增長的關(guān)鍵因素[N];中國經(jīng)濟導(dǎo)報;2013年

6 本報記者 王丹;“高碳”的未來[N];吉林日報;2012年

7 記者 吳晶晶;中科院:部分省份仍在“高碳”發(fā)展[N];新華每日電訊;2011年

8 本報記者 趙瑞希;胡春力：新能源領(lǐng)域出現(xiàn)高碳發(fā)展苗頭[N];中國證券報;2010年

9 方震宇;雙聯(lián)法煉出高碳低磷鋼[N];中國冶金報;2013年

10 記者 吳晶晶;一項研究指出我國部分省份仍在“高碳”發(fā)展[N];經(jīng)濟參考報;2011年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 鄒大鵬;新型高碳糖及其胺基衍生物和高碳糖氮苷的設(shè)計與合成研究[D];鄭州大學(xué);2004年

2 李博;高碳碳氫燃料的火焰?zhèn)鞑ヌ匦院拖缣匦缘难芯縖D];清華大學(xué);2014年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前9條

1 張平;碳關(guān)稅壁壘對我國高碳產(chǎn)業(yè)發(fā)展的影響與對策研究[D];西安科技大學(xué);2012年

2 李亢;碳關(guān)稅對中國高碳產(chǎn)品出口的影響[D];遼寧大學(xué);2011年

3 趙新華;高碳鑄鋼丸熱處理及歐文壽命的研究[D];山東大學(xué);2009年

4 張洪敏;溴甲烷催化脫HBr制高碳烴的研究[D];湖南大學(xué);2008年

5 趙敬;高碳軸承鋼納米貝氏體組織與性能的研究[D];燕山大學(xué);2013年

6 李森林;酯交換法制取己二酸二元高碳醇酯及其應(yīng)用研究[D];沈陽工業(yè)大學(xué);2007年

7 王紅;低碳喜劇研究[D];山東師范大學(xué);2014年

8 孟艾紅;低碳消費的理論和實證研究[D];浙江理工大學(xué);2012年

9 潘雪;丙烷溴氧化制高碳烴的研究[D];湖南大學(xué);2010年

，

本文編號：2573496